本發(fā)明涉及半球形光整砂輪，特別涉及一種用于超精密加工的半球形光整砂輪。

背景技術：

當前，航空航天、醫(yī)療、天文及現(xiàn)代光電子產(chǎn)品等領域對非球面光學元件的需求越來越迫切。從機加工的角度看，非球面光學元件具有材料硬度大、面形復雜、幾何精度和光潔度高等特點，這已成為超精密加工領域的技術難題。作為超精密加工中的最后一道工序，光整是決定非球面元件表面粗糙度和光潔度的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的光整工藝是拋光或研磨，實際生產(chǎn)中都存在著光整工藝不可避免的拋光加工效率低，研磨無法實現(xiàn)自由曲面光整的缺陷。

現(xiàn)有光整砂輪機械結構復雜，使用時需要其他的配套設備，系統(tǒng)復雜而昂貴，而且工件光整后的表面粗糙度很難達到超精密精度。因此，現(xiàn)有的光整砂輪難以廣泛應用于非球面光學元件的超高精密加工。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決實際生產(chǎn)中都存在著光整工藝不可避免的拋光加工效率低，研磨無法實現(xiàn)自由曲面光整的缺陷，系統(tǒng)復雜而昂貴，工件光整后的表面粗糙度很難達到超精密精度難以廣泛應用于非球面光學元件的超高精密加工的問題，而提出的一種用于超精密加工的半球形光整砂輪。

上述的發(fā)明目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種用于超精密加工的半球形光整砂輪由磨料層、砂輪基體和砂輪支撐件組成；

所述砂輪基體由半球體、固定板和定位孔組成，半球體設置在固定板上，在固定板中心處設置半徑為r深度小于固定板厚度的定位孔；

所述砂輪支撐件由定位凸臺、支撐板和砂輪桿組成；

定位凸臺位于支撐板上端的中心位置，砂輪桿、定位凸臺與支撐板共軸心，砂輪桿用于支撐支撐板；

所述磨料層粘結在半球體的表面，且磨料層的下端面與固定板的上端面設置第一間隙；定位凸臺與定位孔之間為過盈配合，定位孔的半徑與定位凸臺半徑一致為r，且定位凸臺的高度小于定位孔的深度；定位孔與定位凸臺設置第二間隙；其中，磨料層外側球面的曲率半徑R1，磨料層內(nèi)側球面的曲率半徑R2等于砂輪基體的半球體的半徑R；磨料層的厚度值等于R1-R2的差值；固定板的半徑值等于支撐板的半徑值；固定板粘結在支撐板上面。

發(fā)明效果

本發(fā)明提供了一種機械結構簡單且實用，可實現(xiàn)大曲率的非球面元件超精密加工的光整砂輪。本發(fā)明的突出特點是主體部分柔性基體與傳統(tǒng)砂輪磨料層相結合，在工作過程中磨料對待加工表面會產(chǎn)生類似于拋光和研磨的不確定性微量去除，具有光整的作用；通過合理規(guī)劃運動軌跡可實現(xiàn)恒力下的光整，進而獲得較好的光整效果；磨料層為固著磨粒，磨粒的粒徑為1微米到40微米能有效提高材料的去除率，進而提高光整效率；磨料層為半球形結構，能夠對大曲率的非球面元件進行光整，尤其適用于凹面的光整加工；磨料層中的磨料和結合劑類型以及砂輪基體的材料都有多種選擇，可以根據(jù)待加工表面的材料性能或要求的光整精度選用合適的磨料、結合劑和基體材料；通過設置磨料層的下端面與固定板的上端面的間隙，以及定位孔與定位凸臺的間隙防止砂輪基體產(chǎn)生彈性變形后磨料層、砂輪基體和支撐件之間發(fā)生相互擠壓；本發(fā)明的機械結構簡單，易于生產(chǎn)制造，不需要其他的配套設備，使用成本低，可廣泛應用于實際工業(yè)生產(chǎn)中。

附圖說明

圖1為具體實施方式一提出的超精密加工的半球形光整砂輪結構示意圖；

圖2為具體實施方式一提出的磨料層部分的剖面圖；

圖3(a)為具體實施方式一提出的砂輪基體部分的軸測圖；

圖3(b)為具體實施方式一提出的砂輪基體部分的剖面圖；

圖4為具體實施方式一提出的砂輪支撐件部分的軸測圖。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式的一種用于超精密加工的半球形光整砂輪，具體由磨料層1、砂輪基體2和砂輪支撐件3組成如圖1所示；

所述砂輪基體2由半球體2-1、固定板2-2和定位孔2-3組成由圖3a和b所示，半球體2-1設置在固定板2-2上，在固定板2-2中心處設置半徑為r深度小于固定板厚度的定位孔2-3；

所述砂輪支撐件3由定位凸臺3-1、支撐板3-2和砂輪桿3-3組成；

定位凸臺3-1位于支撐板3-2上端的中心位置，砂輪桿3-3、定位凸臺3-1與支撐板3-2共軸心，砂輪桿3-3用于支撐支撐板3-2如圖4；

所述磨料層1粘結在半球體2-1的表面，且磨料層1的下端面與固定板2-2的上端面設置第一間隙4；定位凸臺3-1與定位孔2-3之間為過盈配合，定位孔2-3的半徑與定位凸臺3-1半徑一致為r，且定位凸臺3-1的高度小于定位孔2-3的深度；定位孔2-3與定位凸臺3-1的設置第二間隙5；可根據(jù)光整的具體要求或待加工件的材料性能選擇適用的磨料層1中磨料和結合劑的類型及砂輪基體2的材料類型和彈性值；其中，磨料層1為具有一定厚度的球冠形結構，外側球面與內(nèi)側球面的圓心在同一點；磨料層1外側球面的曲率半徑R1小于待加工表面上任一點的曲率半徑，磨料層1內(nèi)側球面的曲率半徑R2等于砂輪基體的半球體2-1的半徑R；磨料層1的厚度值等于R1-R2的差值如圖2；固定板2-2的半徑值等于支撐板3-2的半徑值；砂輪基體2的材料為橡膠或彈性樹脂；固定板2-2粘結在支撐板3-2上面；所述支撐板起到固定所述砂輪基體的作用，砂輪桿是砂輪與電動主軸的連接部分。

本實施方式效果：

本實施方式提供了一種機械結構簡單且實用，可實現(xiàn)大曲率的非球面元件超精密加工的光整砂輪。本實施方式的突出特點是主體部分柔性基體與傳統(tǒng)砂輪磨料層相結合，在工作過程中磨料對待加工表面會產(chǎn)生類似于拋光和研磨的不確定性微量去除，具有光整的作用；通過合理規(guī)劃運動軌跡可實現(xiàn)恒力下的光整，進而獲得較好的光整效果；磨料層為固著磨粒，磨粒的粒徑為1微米到40微米能有效提高材料的去除率，能有效提高材料的去除率，進而提高光整效率；磨料層為半球形結構，能夠對大曲率的非球面元件進行光整，尤其適用于凹面的光整加工；磨料層中的磨料和結合劑類型以及砂輪基體的材料都有多種選擇，可以根據(jù)待加工表面的材料性能或要求的光整精度選用合適的磨料、結合劑和基體材料；通過設置磨料層的下端面與固定板的上端面的間隙，以及定位孔與定位凸臺的間隙防止砂輪基體產(chǎn)生彈性變形后磨料層、砂輪基體和支撐件之間發(fā)生相互擠壓；本實施方式的機械結構簡單，易于生產(chǎn)制造，不需要其他的配套設備，使用成本低，可廣泛應用于實際工業(yè)生產(chǎn)中。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述磨料層1的厚度值的范圍為5～10mm；磨料層1由磨料及結合劑構成，其中磨料為金剛石、立方氮化硼、碳化硅或剛玉中的一種，結合劑類型為金屬、陶瓷或樹脂中的一種。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述粘結磨料層1與半球體2-1所用的粘結劑、固定板2-2粘結在支撐板3-2所用的粘結劑及粘結固定板2-2和支撐板3-2所用的粘結劑為耐高溫膠，其中耐高溫膠為耐高溫環(huán)氧類膠粘劑或耐高溫酚醛樹脂類膠粘劑。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述磨料層1的下端面與固定板2-2的上端面設置第一間隙4為0.02R～0.1R。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：所述固定板2-2的結構為圓柱形薄板。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：所述固定板2-2的厚度為0.1R～0.2R。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：所述定位孔2-3為圓柱形盲孔，定位孔2-3形狀也可以是其他多邊形的柱形盲孔，其他多邊形可以為四邊形，五邊形，六邊形等。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至六之一相同。

具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是：所述定位孔2-3與定位凸臺3-1設置第二間隙5為1～3mm。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至七之一相同。

具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：所述砂輪支撐件3的材料為鋁合金或合金鋼，起到定位并固定所述砂輪基體的作用，也是連接砂輪與電動主軸的部分；支撐板3-2的結構為圓柱形薄板，圓柱形薄板厚度為0.15R～0.3R，砂輪桿3-3的半徑為0.1R～R。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至八之一相同。

具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：：所述半徑r為0.05R～0.2R。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至九之一相同。